WO2024034017A1 - 受光素子及び光検出装置 - Google Patents

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WO2024034017A1
WO2024034017A1 PCT/JP2022/030461 JP2022030461W WO2024034017A1 WO 2024034017 A1 WO2024034017 A1 WO 2024034017A1 JP 2022030461 W JP2022030461 W JP 2022030461W WO 2024034017 A1 WO2024034017 A1 WO 2024034017A1
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light
pixel
pixels
conductivity type
color mixing
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PCT/JP2022/030461
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French (fr)
Inventor
遥之 中川
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures

Definitions

  • the present disclosure relates to a light receiving element and a light detection device.
  • a light-shielding pixel is provided with a plurality of pixels each having a photoelectric conversion section made of a silicon semiconductor, and a light-shielding pixel is used as a pixel in an area outside the effective pixel area among the plurality of pixels, and all adjacent pixels are light-shielding pixels.
  • a light receiving element including a certain light receiving pixel has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • a mixed color component included in an output signal of a light-shielded pixel is measured, and the output signal of an effective pixel is corrected based on the measurement result.
  • Patent Document 1 if the technology described in Patent Document 1 is directly applied to a light receiving element having a photoelectric conversion section made of a compound semiconductor, the measurement accuracy of mixed color components will decrease, and the output signal of an effective pixel will be determined based on the measurement result. Even with the correction, there was a possibility that the image quality of the captured image would not be appropriately improved.
  • An object of the present disclosure is to provide a light-receiving element and a light-detecting device that can improve the measurement accuracy of mixed color components included in the output signal of a light-shielded pixel.
  • the light receiving element of the present disclosure includes (a) a plurality of pixels having a common photoelectric conversion layer containing a compound semiconductor; (b) a contact layer disposed on the side of the photoelectric conversion layer opposite to the light incident surface; (c) the contact layer includes a plurality of first conductivity type regions formed corresponding to each of the plurality of pixels and a second conductivity type region which is a region other than the first conductivity type region; d) Among the pixel areas where pixels are arranged, the peripheral pixel area located outside the effective pixel area is a specific pixel group including light-receiving pixels and light-shielding pixels arranged so as to surround the light-receiving pixels.
  • the first conductivity type region corresponding to the light-receiving pixel and the light-shielding pixel of the specific pixel group has a higher concentration of impurities of the first conductivity type than the first conductivity type region corresponding to the effective pixel located in the effective pixel region.
  • the main point is that it is low.
  • the photodetection device of the present disclosure includes (a) a plurality of pixels having a common photoelectric conversion layer containing a compound semiconductor, (b) and a contact layer disposed on the surface opposite to the light incident surface of the photoelectric conversion layer. (c) the contact layer includes a plurality of first conductivity type regions formed corresponding to each of the plurality of pixels and a second conductivity type region which is a region other than the first conductivity type region; ) Of the pixel area where pixels are arranged, the peripheral pixel area located outside the effective pixel area has a specific pixel group including light-receiving pixels and light-shielding pixels arranged so as to surround the light-receiving pixels.
  • the first conductivity type region corresponding to the light-receiving pixel and the light-shielding pixel of the specific pixel group has a higher concentration of impurities of the first conductivity type than the first conductivity type region corresponding to the effective pixel located in the effective pixel region.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an imaging device according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a planar configuration of a light receiving element. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a light receiving element in an effective pixel area when cut along line AA in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a planar configuration of a specific pixel group in a peripheral pixel region when region B in FIG. 2 is enlarged.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing a light-receiving pixel and a light-shielding pixel when broken along line CC in FIG. 4; 5 is a diagram showing OPB pixels when broken along line DD in FIG. 4.
  • FIG. 3 is a diagram showing a color mixing parameter, a light receiving pixel, and a light blocking pixel in an overlapping manner.
  • FIG. 3 is a diagram showing a concentration distribution of first conductivity type impurities in a first conductivity type region.
  • FIG. 3 is a diagram showing the internal configuration of a digital signal processing section.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method of correcting a captured image signal by an output signal correction section.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method of correcting a captured image signal by an output signal correction section.
  • FIG. 7 is a diagram showing a planar configuration of a specific pixel group according to a modified example.
  • FIG. 7 is a diagram showing a planar configuration of a specific pixel group according to a modified example.
  • FIG. 7 is a diagram showing a planar configuration of a light receiving element and a specific pixel group according to a modified example.
  • FIG. 7 is a diagram showing an internal configuration of a digital signal processing section according to a modification.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a light receiving element in an effective pixel area according to a modification.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of an element substrate in an effective pixel area according to a modification.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a light-receiving pixel in a peripheral pixel region according to a modification.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a light-shielding pixel in a peripheral pixel region according to a modification.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an imaging device 100 according to the first embodiment.
  • the imaging device 100 (“photodetection device” in a broad sense) includes a camera lens 101, a light receiving element 102, an analog signal processing section 103, a digital signal processing section 104, and a storage section 105. It is equipped with For example, it is applied to an infrared camera that detects wavelengths in the visible region (eg, 380 to 780 nm) to the short infrared region (eg, 780 to 2400 nm).
  • the camera lens 101 guides incident light (image light) from a subject to the light receiving element 102 and forms an image on the light incident surface of the light receiving element 102 (effective pixel area 4 shown in FIG. 2).
  • the light receiving element 102 converts the amount of incident light imaged onto the effective pixel area 4 by the camera lens 101 into an electrical signal for each pixel.
  • the converted electrical signal is supplied to the analog signal processing section 103 as an output signal.
  • the analog signal processing unit 103 performs processing such as sample hold and automatic gain control on the output signal supplied from the light receiving element 102, and then performs A/D (Analog-Digital) conversion.
  • the A/D converted output signal of the effective pixel area 4 is supplied to the digital signal processing unit 104 as a captured image signal. Further, the output signal of the peripheral pixel region 5 is also supplied to the digital signal processing section 104.
  • the digital signal processing unit 104 performs signal processing such as white balance processing, gamma processing, and color difference signal processing on the captured image signal and the like supplied from the analog signal processing unit 103. For example, a DSP (Digital Signal Processor) circuit can be used.
  • the storage unit 105 stores various parameters used in the digital signal processing unit 104. As the storage unit 105, for example, a flash memory or the like can be used. The configurations of the light receiving element 102 and the digital signal processing section 104 will be described below.
  • FIG. 2 is a diagram showing a planar configuration of the light receiving element 102.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the light receiving element 102 in the effective pixel area 4 when cut along the line AA in FIG.
  • the light receiving element 102 in FIG. 3 includes a pixel area 3 in which a plurality of pixels 2 are arranged in a two-dimensional array, and has a photoelectric conversion function for light having a wavelength in the visible to short infrared range, for example. . As shown in FIG.
  • the pixel area 3 has an effective pixel area 4 located in the center and a peripheral pixel area 5 that is located outside the effective pixel area 4 and surrounds the effective pixel area 4. are doing.
  • a light shielding film 6 (see FIG. 4) is formed on the light incident surface of the pixel region 3 (the surface on the front side of the paper in FIG. 2).
  • the light shielding film 6 has openings in the effective pixel area 4 and the area where the light receiving pixels 2B are located.
  • Examples of materials for the light shielding film 6 include titanium (Ti), tungsten (W), carbon (C), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), an alloy of samarium (Sm) and silver (Ag), and organic materials. Can be mentioned.
  • the effective pixel area 4 is an area where a subject is imaged.
  • the light receiving element 102 has a laminated structure in which the element substrate 7 and the readout circuit board 8 are laminated.
  • one surface of the element substrate 7 is a light incident surface (hereinafter also referred to as "back surface S1"), and the other surface is a bonding surface with readout circuit board 8 (hereinafter also referred to as "surface S2").
  • the element substrate 7 has a wiring layer 9, a first contact layer 10 (“contact layer” in a broad sense), a photoelectric conversion layer 11, and a second contact layer 12 in this order from a position close to the readout circuit board 8. .
  • the first contact layer 10, the photoelectric conversion layer 11, and the second contact layer 12 constitute a semiconductor layer 15. Further, the readout circuit board 8 is a so-called ROIC (readout integrated circuit), and is arranged so as to be in contact with the bonding surface (surface S2) of the element substrate 7.
  • ROIC readout integrated circuit
  • the wiring layer 9 is formed over the entire effective pixel region 4 and has a bonding surface (surface S2) with the readout circuit board 8.
  • the wiring layer 9 has an electrode 17 in an interlayer insulating film 16.
  • the interlayer insulating film 16 is made of, for example, an inorganic insulating material. Examples include silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ).
  • an opening H is formed in the wiring layer 9 for each pixel 2 (for each first conductivity type region 19A).
  • the electrode 17 is buried in the opening H of the wiring layer 9, and the end portion on the first contact layer 10 side is connected to the first conductivity type region 19A of the first contact layer 10.
  • Examples of materials for the electrode 17 include titanium (Ti), tungsten (W), titanium nitride (TiN), platinum (Pt), gold (Au), germanium (Ge), palladium (Pd), zinc (Zn), Either nickel (Ni) or aluminum (Al) alone, or an alloy containing at least one of these can be used.
  • the electrode 17 passes through the root portion of the first conductivity type region 19A located in the first contact layer 10, and extends into the photoelectric conversion layer 11 through the tip portion of the first conductivity type region 19A (that is, the photoelectric conversion layer 11). It is electrically connected to the first conductivity type region 20A) of the conversion layer 11. Then, a voltage is applied to the photoelectric conversion layer 11 in order to read out charges (for example, holes) generated in the photoelectric conversion layer 11 .
  • connection layer 18 (metal pad) extending in the radial direction of the electrode 17 is formed at the end of the electrode 17 on the readout circuit board 8 side.
  • the connection layer 18 is a metal pad that is joined to the connection layer 23 of the readout circuit board 8 so that the electrode 17 and the readout electrode 22 of the readout circuit board 8 are electrically connected.
  • the first contact layer 10 is a layer that constitutes the surface of the semiconductor layer 15, and is arranged on the surface of the photoelectric conversion layer 11 opposite to the light incident surface (hereinafter also referred to as "surface S3").
  • a compound semiconductor having a larger band gap than the photoelectric conversion layer 11 can be used.
  • the photoelectric conversion layer 11 is composed of In 0.53 Ga 0.47 As
  • an example of a compound semiconductor having a larger band gap than In 0.53 Ga 0.47 As (band gap 0.74 eV) is InP (band gap 1.34 eV). ).
  • the first contact layer 10 includes a plurality of first conductivity type regions 19A formed corresponding to each pixel 2. That is, a plurality of first conductivity type regions 19A are formed in the first contact layer 10 so as to be separated from each other.
  • a p-type impurity can be employed as the first conductivity type impurity contained in the first conductivity type region 19A.
  • An example is zinc (Zn).
  • the first conductivity type region 19A extends from the surface of the first contact layer 10 on the readout circuit board 8 side (hereinafter also referred to as "surface S4") to a depth reaching inside the photoelectric conversion layer 11, and The tip portion of the conductivity type region 19A constitutes the first conductivity type region 20A of the photoelectric conversion layer 11.
  • the first contact layer 10 includes a second conductivity type region 19B, which is a region other than the first conductivity type region 19A. That is, the second conductivity type region 19B is formed around the first conductivity type region 19A so as to be in contact with the first conductivity type region 19A in the first contact layer 10 .
  • the second conductivity type impurity contained in the second conductivity type region 19B for example, an n-type impurity can be used.
  • the first contact layer 10 forms a pn junction interface between the first conductivity type region 19A and the second conductivity type region 19B, and electrically isolates adjacent pixels 2 from each other.
  • the photoelectric conversion layer 11 is formed as a layer common to the plurality of pixels 2. That is, one photoelectric conversion layer 11 is formed for all pixels 2.
  • a compound semiconductor such as a III-V group semiconductor can be used.
  • InGaAs indium gallium arsenide
  • InGaN indium gallium nitride
  • InAlN indium aluminum nitride
  • InAsSb indium arsenide antimony
  • InAs indium arsenide
  • InSb indium antimony
  • HgCdTe mercury cadmium tellurium
  • InGaAs may include In x Ga (1-x) As (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • x ⁇ 0.4 is desirable.
  • the second contact layer 12 is made of InP
  • an example of the composition of the compound semiconductor of the photoelectric conversion layer 11 is In 0.53 Ga 0.47 As, which is lattice matched with InP. Note that as the material for the photoelectric conversion layer 11, not only inorganic semiconductors but also organic semiconductors can be used.
  • the photoelectric conversion layer 11 includes a first conductivity type region 20A formed for each pixel 2 on the surface (surface S3) opposite to the light incident surface of the photoelectric conversion layer 11, and a portion other than the first conductivity type region 20A ( (hereinafter also referred to as "second conductivity type region 20B").
  • the first conductivity type region 20A is constituted by the tip portion of the first conductivity type region 19A of the first contact layer 10.
  • the first conductivity type impurity contained in the first conductivity type region 20A and the second conductivity type impurity contained in the second conductivity type region 20B include, for example, the first conductivity type region 19A and the second conductivity type region 19B. The same impurities can be used.
  • the photoelectric conversion layer 11 forms a photodiode using a pn junction, photoelectrically converts light having a wavelength in the visible range to short infrared range, and generates charges (holes).
  • the second contact layer 12 is made of, for example, a compound semiconductor such as a III-V group semiconductor containing impurities of a second conductivity type. For example, n-type InP can be used. Thereby, the second contact layer 12 functions as a barrier layer that prevents backflow of charges generated in the photoelectric conversion layer 11.
  • the readout circuit board 8 is bonded to the bonding surface (surface S2) of the element substrate 7.
  • the readout circuit board 8 has a readout electrode 22 in an interlayer insulating film 21 .
  • an eave-shaped connection layer 23 (metal pad) extending in the radial direction of the readout electrode 22 is formed at the end of the readout electrode 22 on the element substrate 7 side.
  • the connection layer 27 is Cu--Cu bonded to the connection layer 18 (metal pad) of the element substrate 7, and electrically connects the electrode 17 of the element substrate 7 and the readout electrode 22 of the readout circuit board 8.
  • the readout circuit board 8 can read out the charges (holes) generated in the photoelectric conversion layer 11 for each pixel 2.
  • the first embodiment shows an example in which the element substrate 7 and the readout circuit board 8 are bonded by Cu--Cu, other configurations may also be adopted. For example, bump bonding may be used.
  • FIG. 4 is a diagram showing the planar configuration of the specific pixel group 25 in the peripheral pixel region 5 when the B region in FIG. 2 is enlarged.
  • 5 and 6 are diagrams showing the cross-sectional configuration of the light receiving element 102 in the peripheral pixel region 5
  • FIG. 5 is a diagram showing the light receiving pixel 2B and the light shielding pixel 2C when broken along the line CC in FIG. 6 is a diagram showing the OPB pixel 2D when broken along the line DD in FIG. 4.
  • the peripheral pixel area 5 is an area surrounding the effective pixel area 4.
  • the light-receiving element 102 includes the same layers as the effective pixel region 4 (light-shielding film 6, wiring layer 9, first contact layer 10, photoelectric conversion layer 11, 2 contact layers 12).
  • the peripheral pixel region 5 includes a light-receiving pixel 2B and a light-shielding pixel 2C arranged to surround the light-receiving pixel 2B.
  • the light receiving pixel 2B is a pixel in which the surface S4 side of the photoelectric conversion layer 11 is not covered with the light shielding film 6.
  • the light-shielding pixel 2C is a pixel in which the back surface S1 side of the second contact layer 12 is covered with the light-shielding film 6.
  • a specific pixel group 25 is composed of the light-receiving pixel 2B and a plurality of light-shielding pixels 2C surrounding the light-receiving pixel 2B.
  • the specific pixel group 25 is composed of one light-receiving pixel 2B and a plurality of light-shielding pixels 2C surrounding the one light-receiving pixel 2B. More specifically, in FIG. 4, as the specific pixel group 25, light-receiving pixels 2B and light-shielding pixels 2C are arranged in an 11 ⁇ 11 two-dimensional array.
  • the portion of the photoelectric conversion layer 11 that constitutes the light-receiving pixel 2B photoelectrically converts the light. to generate charges (holes). Most of the generated charges are read out to the readout circuit board 8 via the first conductivity type region 19A of the light receiving pixel 2B.
  • the output signal of the light-shielding pixel 2C is a signal (hereinafter also referred to as a "color mixture component") due to charges generated by crosstalk in which charges photoelectrically converted in the light-receiving pixel 2B move to the light-shielding pixel 2C.
  • a color mixture component a signal due to charges generated by crosstalk in which charges photoelectrically converted in the light-receiving pixel 2B move to the light-shielding pixel 2C.
  • each of the output signals of the light-shielding pixel 2C is divided by the output signal of the light-receiving pixel 2B.
  • the values can be obtained as color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . (see FIG. 7).
  • the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . are parameters representing how much charge spreads from the central light-receiving pixel 2B to the surrounding light-shielding pixels 2C.
  • the first conductivity type region 19A corresponding to the light-receiving pixel 2B and the light-shielding pixel 2C of the specific pixel group 25 is the first conductivity type region 19A corresponding to the effective pixel 2A located in the effective pixel region 4.
  • the concentration of the first conductivity type impurity was lower than that in the type region 19A. Therefore, since the concentration of the first conductivity type impurity in the specific pixel group 25 (light-receiving pixel 2B, light-shielding pixel 2C) is low, the pn junction strength can be weakened, and the dark current of the light-receiving pixel 2B and light-shielding pixel 2C can be reduced. It can be suppressed. Therefore, the noise included in the output signal of the light-shielding pixel 2C can be reduced, and the measurement accuracy of the mixed color component contained in the output signal of the light-shielding pixel 2C can be improved.
  • the concentration of the first conductivity type impurity in the effective pixel region 4 remains high, the pn junction strength can be strengthened, the saturation charge amount of the effective pixel 2A does not decrease, and the light receiving element 102 Deterioration in the image quality of the captured image obtained can be suppressed.
  • the concentration distribution 26 of the first conductivity type impurity in the first conductivity type region 19A has a flat region from the interface S4 to a predetermined depth in the extending direction of the straight line L. Therefore, the condition regarding the concentration of the first conductivity type impurity described above is, for example, the average of the flat area of the concentration distribution 26 for the first conductivity type region 19A corresponding to the light receiving pixel 2B and the light shielding pixel 2C of the specific pixel group 25.
  • the density X is lower than the average density Y of the flat region of the density distribution 26 for the first conductivity type region 19A corresponding to the effective pixel 2A located in the effective pixel region 4 (X ⁇ Y). You can also do it.
  • the flat region for example, a range from the interface S4 to 50 nm can be adopted.
  • the peripheral pixel region 5 includes an OPB (Optical Black) pixel 2D, which is a different pixel from the light-receiving pixel 2B and the light-shielding pixel 2C.
  • the OPB pixel 2D is a pixel in which the back surface S1 side of the second contact layer 12 is covered with a light shielding film 6, and is a pixel for obtaining a reference signal of an optical black level.
  • the concentration of the first conductivity type impurity in the first conductivity type region 19A corresponding to the OPB pixel 2D is the same as the concentration of the first conductivity type impurity in the first conductivity type region 19A of the effective pixel region 4. There is.
  • the average concentration Z of the flat region of the concentration distribution 26 (see FIG. 8) for the first conductivity type region 19A corresponding to the OPB pixel 2D is the first conductivity type corresponding to the effective pixel 2A located in the effective pixel region 4.
  • FIG. 9 is a diagram showing the internal configuration of the digital signal processing section 104.
  • the digital signal processing section 104 includes a color mixing parameter generation section 28 and an output signal correction section 29.
  • the color mixing parameter generation unit 28 generates color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . (see FIG. 7) based on the output signals of the light-receiving pixel 2B and the light-shielding pixel 2C of the specific pixel group 25.
  • the values obtained by dividing each output signal of the light shielding pixel 2C by the output signal of the light receiving pixel 2B are used as the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 .
  • This method can be adopted. That is, the ratio of the magnitude of the output signal of the light-shielding pixel 2C to the magnitude of the output signal of the light-receiving pixel 2B is calculated as color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . .
  • the color mixing parameter generation section 28 can generate the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 .
  • the output signal of the effective pixel 2A can be corrected using a 01 , a 02 .
  • the output signal correction unit 29 calculates the effective pixel 2A from each output signal (captured image signal) of the effective pixel 2A located in the effective pixel area 4 of the light receiving element 102 according to the color mixture parameters a 00 , a 01 , a 02 . correct each output signal.
  • a correction method for example, a color mixture matrix C is generated from color mixture parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . , and as shown in FIG.
  • the color mixture parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . By inputting the captured image signal from which the color mixture component has been removed into a neural network (for example, CNN: Convolutional Neural Network) that outputs the captured image signal, it is possible to adopt a method of obtaining the captured image signal from which the mixed color component has been removed. Note that the method for correcting the captured image signal is not limited to these methods, and any method using the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . may be used.
  • a neural network for example, CNN: Convolutional Neural Network
  • the color mixing parameter generation unit 28 generates the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 , etc. based on the output signals of the light-receiving pixel 2B and the light-shielding pixel 2C of the specific pixel group 25. I did it like that. Further, the output signal correction unit 29 converts the output signals of the effective pixels 2A located in the effective pixel area 4 of the light receiving element 102 into respective output signals of the effective pixels 2A according to the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . I tried to correct it. Therefore, for each effective pixel 2A, it is possible to reduce color mixture components caused by charge movement (crosstalk) from other effective pixels 2A, and it is possible to suppress deterioration of the image quality of the captured image due to crosstalk.
  • crosstalk charge movement
  • the color mixture parameter generation unit 28 generates the color mixture parameters a 00 , a 01 , a 02 , etc. using all the light-receiving pixels 2B and the light-shielding pixels 2C of the specific pixel group 25.
  • a configuration may be adopted in which the range of the light-shielding pixels 2C used to generate the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . is set depending on the usage environment.
  • the usage environment for example, the temperature of the light receiving element 102 and the voltage applied to the photoelectric conversion layer 11 can be adopted.
  • the range of the shaded pixels 2C used for generation is widened.
  • a method using only the light-shielding pixel 2C (in FIG. 12, the light-shielding pixel 2C in the area 30) near the light-receiving pixel 2B can be adopted.
  • the color mixture parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . The range of the light-shielding pixels 2C used for this purpose is widened. As a result, it is possible to generate more appropriate color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 , etc. in a usage environment where the charge movement range is wide (high temperature, low voltage), and the image quality of captured images can be improved more appropriately. can do.
  • the specific pixel group 25 includes one light-receiving pixel 2B and a plurality of light-shielding pixels 2C surrounding the one light-receiving pixel 2B. It is also possible to adopt the following configuration.
  • the configuration may include two or more light-receiving pixels 2B arranged in a two-dimensional array and a plurality of light-shielding pixels 2C surrounding the two or more light-receiving pixels 2B. .
  • the total amount of charges (for example, holes) generated by the light-receiving pixel 2B can be increased, and it is possible to simulate the spread of charges from the effective pixel 2A with a large amount of incident light to the surrounding effective pixels 2A. It is possible to obtain the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . for correcting the output signal of the effective pixel 2A having a large amount of light. Therefore, the output signal of the effective pixel 2A having a large amount of incident light can be corrected more appropriately.
  • the peripheral pixel region 5 had only one specific pixel group 25, but other configurations may also be adopted.
  • the peripheral pixel region 5 may include a plurality of specific pixel groups 25. In this case, there may be two or more patterns of areas occupied by the light receiving pixels 2B included in the specific pixel group 25.
  • FIG. 14 illustrates a case where the peripheral pixel region 5 has ten specific pixel groups 25, and three types of patterns, large, medium, and small, are mixed in the pattern of the area occupied by the light receiving pixels 2B.
  • specific pixel group 25 (hereinafter also referred to as "specific pixel group 25A") in which the light-receiving pixels 2B occupy a large area, the total amount of charge generated by the light-receiving pixels 2B can be increased, and the amount of incident light can be increased. It is possible to simulate the spread of electric charge from a large number of effective pixels 2A to surrounding effective pixels 2A, and obtain color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . for correcting the output signal of the effective pixel 2A with a large amount of incident light. be able to.
  • specific pixel group 25B where the area occupied by the light receiving pixels 2B is small, the total amount of charge generated by the light receiving pixels 2B can be reduced, and the amount of incident light is small.
  • color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . for correcting the output signal of the effective pixel 2A with a small amount of incident light by simulating the spread of charge from the effective pixel 2A to the surrounding effective pixels 2A. Can be done.
  • specific pixel group 25 (hereinafter also referred to as "specific pixel group 25C") where the area occupied by the light receiving pixel 2B is between the specific pixel groups 25A and 25B, the output of the effective pixel 2A with a medium amount of incident light.
  • Color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . for correcting the signal can be obtained.
  • the color mixing parameter A i (i is a number of 1 or more) used to correct the output signal is selected according to the magnitude of the output signal.
  • the color mixing parameter A i whose value is closest to the value of the output signal to be corrected is selected.
  • the color mixing parameter generation unit 28 may generate the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . before photographing.
  • the color mixing parameter generation unit 28 may generate the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 , . . . before photographing.
  • the color mixture parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . generated by the color mixture parameter generation unit 28 are stored in the storage unit 105.
  • the output signal correction section 29 corrects each output signal of the effective pixel 2A using the color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . stored in the storage section 105.
  • a plurality of color mixing parameters a 00 , a 01 , a 02 . . . generated by the color mixing parameter generation unit 28 are stored in the storage unit 105 for each combination of temperature and light amount.
  • the output signal correction unit 29 selects, for each output signal to be corrected, the color mixing parameters A 1 , A 2 , A 3 .
  • the color mixing parameter A i that is closest to the combination of temperature and the amount of light incident on the effective pixel 2A to be corrected is selected.
  • each output signal of the effective pixel 2A is corrected using the selected color mixing parameter A i .
  • a more appropriate color mixing parameter A i can be selected depending on the usage environment, and the image quality of the captured image can be improved more appropriately.
  • FIG. 16 illustrates a case where both the color filter 13 and the microlens 14 are stacked in this order.
  • the color filter 13 is arranged at a position overlapping each of the plurality of pixels 2 in plan view. That is, one color filter 13 is formed for one pixel 2.
  • the color filter 13 for example, a red filter 13R, a green filter 13G, a blue filter 13B, and an IR filter 13I can be adopted.
  • Each of the color filters 13 transmits light of a predetermined wavelength and causes the transmitted light to enter the photoelectric conversion layer 11 . Thereby, it is possible to suppress the incidence of light having wavelengths other than the predetermined wavelength into the photoelectric conversion layer 11, and it is possible to suppress optical color mixture.
  • the microlens 14 is arranged at a position overlapping each of the plurality of pixels 2 in plan view. That is, one microlens 14 is formed for one pixel 2.
  • Each of the microlenses 14 collects the incident light (image light) from the subject, and makes the collected incident light enter each part in the photoelectric conversion layer 11 (the part overlapping with the microlens 14). Thereby, the light incident on the microlens 14 of a certain pixel 2 can be suppressed from entering the portion of the photoelectric conversion layer 11 corresponding to another adjacent pixel 2, and optical color mixture can be suppressed.
  • FIG. 17 is a diagram showing a cross-sectional structure of the element substrate 7 in the effective pixel area 4.
  • FIG. 18 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the light-receiving pixel 2B in the peripheral pixel region 5.
  • FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the light-shielding pixel 2C in the peripheral pixel region 5.
  • the effective pixel area 4 as shown in FIG.
  • the element substrate 7 includes a photoelectric conversion layer 11, an upper electrode 31 disposed on the light incident surface side of the photoelectric conversion layer 11, and a surface S3 side of the photoelectric conversion layer 11.
  • a first insulating film 32 disposed on the surface of the first insulating film 32 on the readout circuit board 8 side; and a second insulating film 33 disposed on the surface of the first insulating film 32 facing the readout circuit board 8; It has an electrode 34, a lower electrode 35, and a shield electrode 36.
  • the photoelectric conversion layer 11 includes an N+ layer 11a and a P layer or non-doped layer (hereinafter also referred to as "i layer”) 11b.
  • the N+ layer 11a is arranged on the side in contact with the upper electrode 31, and the P layer or i layer 11b is arranged on the side in contact with the first insulating film 32. Further, the first insulating film 32 has a potential capable of accumulating and transferring charges (for example, holes) photoelectrically converted by the photoelectric conversion layer 11.
  • an impurity ion diffusion region 37 covering the lower electrode 35 and an impurity ion diffusion region 37 (second diffusion region 37b) covering the shield electrode 36 are formed in the photoelectric conversion layer 11.
  • Each of the first diffusion region 37a and the second diffusion region 37b is a region into which N+ impurity ions are diffused.
  • the element substrate 7 includes the same layers as the effective pixel region 4, as well as the light-shielding film 6 having an opening in the outermost layer, as shown in FIG. A pixel 2C and a specific pixel group 25 are formed.
  • the impurity ion diffusion regions 37 first diffusion region 37a, second diffusion region 37b) corresponding to the light-receiving pixel 2B and the light-shielding pixel 2C of the specific pixel group 25 are in the effective pixel area.
  • the concentration of N-type impurities is lower than that of the impurity ion diffusion region 37 corresponding to the effective pixel 2A located at No. 4.
  • the impurity ion diffusion region 37 and the P layer or i layer 11b correspond to a "contact layer”
  • the impurity ion diffusion region 37 corresponds to a "first conductivity type region”
  • the P layer or i layer 11b corresponds to a "contact layer”.
  • the N type corresponds to the "first conductivity type”
  • the P type corresponds to the "second conductivity type”.
  • the present technology can be applied to photodetection devices in general, including a distance measurement sensor that measures distance, also called a ToF (Time of Flight) sensor.
  • a distance sensor emits illumination light toward an object, detects the reflected light that is reflected back from the object's surface, and measures the flight distance from when the illumination light is emitted until the reflected light is received. This is a sensor that calculates the distance to an object based on time.
  • the present disclosure may have the following configuration. (1) a plurality of pixels having a common photoelectric conversion layer containing a compound semiconductor; a contact layer disposed on a surface opposite to the light incident surface of the photoelectric conversion layer, The contact layer includes a plurality of first conductivity type regions formed corresponding to each of the plurality of pixels, and a second conductivity type region that is a region other than the first conductivity type region, Among the pixel regions in which the pixels are arranged, the peripheral pixel region located outside the effective pixel region is a specific pixel group including light-receiving pixels and light-shielding pixels arranged so as to surround the light-receiving pixels.
  • the first conductivity type region corresponding to the light receiving pixel and the light shielding pixel of the specific pixel group has a first conductivity type region corresponding to the effective pixel located in the effective pixel region.
  • the wiring layer has an electrode electrically connected to the first conductivity type region,
  • concentration distribution of impurities of the first conductivity type in the first conductivity type region on a straight line extending from the interface between the first conductivity type region and the electrode toward the light incident surface side of the photoelectric conversion layer is to a predetermined depth in the extending direction of the straight line, and the density distribution of the first conductivity type region corresponding to the light-receiving pixel and the light-shielding pixel of the specific pixel group has a flat region.
  • the light receiving element according to (1) wherein the average density is lower than the average density of the flat area of the density distribution for the first conductivity type region corresponding to the effective pixel located in the effective pixel area.
  • the specific pixel group includes one light-receiving pixel and a plurality of light-shielding pixels surrounding the one light-receiving pixel, or two or more light-receiving pixels arranged in a two-dimensional array.
  • the light-receiving element according to (1) or (2) which includes a pixel and a plurality of light-shielding pixels surrounding the two or more light-receiving pixels.
  • the light-receiving element according to (3) wherein the peripheral pixel region includes a plurality of the specific pixel groups, and the patterns of areas occupied by the light-receiving pixels included in the specific pixel groups are two or more types.
  • the peripheral pixel region includes an OPB pixel for obtaining an optical black level reference signal, which is a pixel different from the light-receiving pixel and the light-shielding pixel, and the first conductivity type corresponding to the OPB pixel.
  • the concentration of impurities of the first conductivity type in the region is the same as the concentration of impurities of the first conductivity type in the first conductivity type region corresponding to the effective pixel, according to any one of (1) to (3) above. photodetector.
  • the peripheral pixel area located outside has a specific pixel group including a light-receiving pixel and a light-shielding pixel arranged so as to surround the light-receiving pixel, and the light-receiving pixel and the light-shielding pixel of the specific pixel group a light-receiving element in which the first conductivity type region corresponding to a pixel has a lower concentration of first conductivity type impurities than the first conductivity type region corresponding to an effective pixel located in the effective pixel region; Based on the output signals of the light-receiving pixel and the light-shielding pixel of the specific pixel group, the influence of charges transferred from the other effective pixels is reduced from each output signal of the effective pixel located in the effective pixel area of the light-receiving element.
  • a color mixing parameter generation unit that generates a color mixing parameter to An output signal correction section that corrects each output signal of the effective pixel according to the color mixing parameter generated by the color mixing parameter generation section.
  • the light detection device wherein the color mixing parameter generation unit sets a range of the light-shielding pixels used to generate the color mixing parameter, depending on the usage environment.
  • the color mixing parameter generation unit widens the range of the light shielding pixels used for generating the color mixing parameter, compared to when the temperature of the light receiving element is less than the predetermined threshold.
  • the color mixing parameter generation unit is configured to increase the range of the light-shielding pixels used to generate the color mixing parameter, compared to when the voltage applied to the photoelectric conversion layer is greater than the predetermined threshold value.
  • the peripheral pixel region has a plurality of the specific pixel groups, and there are two or more types of patterns of areas occupied by the light-receiving pixels included in the specific pixel groups,
  • the color mixing parameter generation unit generates the color mixing parameter for each specific pixel group,
  • the output signal correction section corrects the output signal according to the magnitude of the output signal from among the plurality of color mixing parameters generated by the color mixing parameter generation section for each output signal to be corrected.
  • the photodetection device according to (7) above, wherein the color mixing parameter to be used is selected.
  • the color mixing parameter generation unit calculates, as the color mixing parameter, a ratio of the magnitude of the output signal of the light shielding pixel to the magnitude of the output signal of the light receiving pixel. Detection device.
  • (13) comprising a storage unit that stores the color mixing parameter generated by the color mixing parameter generation unit,
  • the photodetecting device according to any one of (7) to (12), wherein the output signal correction section corrects each output signal of the effective pixel using the color mixing parameter stored in the storage section.
  • connection layer 25, 25A, 25B, 25C...specific pixel group, 26...density distribution, 27...connection layer, 28...color mixing parameter generation section, 29...output signal correction section, 30...region, 31...upper electrode, 32...first insulation Film, 33... second insulating film, 34... storage electrode, 35... lower electrode, 36... shield electrode, 37... impurity ion diffusion region, 37a... first diffusion region, 37b... second diffusion region, 100... imaging device, 101... Camera lens, 102... Light receiving element, 103... Analog signal processing section, 104... Digital signal processing section, 105... Storage section

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Abstract

受光画素の周囲に位置する遮光画素の出力信号に含まれる混色成分の測定精度を向上可能な受光素子を提供すること。周辺画素領域が、受光画素と、受光画素の周囲を囲む遮光画素とを含む特定画素群を有するようにした。そして、特定画素群の受光画素及び遮光画素に対応する第１導電型領域が、有効画素領域に位置する有効画素に対応する第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度を低くした。それゆえ、特定画素群（受光画素、遮光画素）の第１導電型の不純物の濃度が低いため、ｐｎ接合強度を弱くすることができ、受光画素及び遮光画素の暗電流を抑制できる。そのため、遮光画素の出力信号が含むノイズを低減でき、遮光画素の出力信号に含まれる混色成分の測定精度を向上できる。

Description

受光素子及び光検出装置
　本開示は、受光素子及び光検出装置に関する。
　従来、シリコン半導体で構成された光電変換部を有する複数の画素を備え、複数の画素のうちの有効画素領域よりも外側の領域の画素として、遮光画素と、隣接するすべての画素が遮光画素である受光画素とを含む受光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の受光素子では、遮光画素の出力信号に含まれる混色成分を測定し、測定結果を基に有効画素の出力信号を補正するようになっている。
特開２０１１－６６８０１号公報
　しかし、特許文献１に記載の技術を、化合物半導体で構成された光電変換部を有する受光素子にそのまま適用した場合、混色成分の測定精度が低下し、測定結果を基に有効画素の出力信号を補正しても、撮像画像の画質が適切に向上されない可能性があった。
　本開示は、遮光画素の出力信号に含まれる混色成分の測定精度を向上可能な受光素子及び光検出装置を提供することを目的とする。
　本開示の受光素子は、（ａ）化合物半導体を含む共通の光電変換層を有する複数の画素と、（ｂ）光電変換層の光入射面と反対側の面側に配置されたコンタクト層と、を備え、（ｃ）コンタクト層は、複数の画素それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域と、第１導電型領域以外の領域である第２導電型領域とを含み、（ｄ）画素が配列された画素領域のうちの、有効画素領域よりも外側に位置する周辺画素領域は、受光画素と、受光画素の周囲を囲むように配置された遮光画素とを含む特定画素群を有し、特定画素群の受光画素及び遮光画素に対応する第１導電型領域は、有効画素領域に位置する有効画素に対応する第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度が低いことを要旨とする。
　本開示の光検出装置は、（ａ）化合物半導体を含む共通の光電変換層を有する複数の画素、（ｂ）及び光電変換層の光入射面と反対側の面側に配置されたコンタクト層を備え、（ｃ）コンタクト層は、複数の画素それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域と、第１導電型領域以外の領域である第２導電型領域とを含み、（ｄ）画素が配列された画素領域のうちの、有効画素領域よりも外側に位置する周辺画素領域は、受光画素と、受光画素の周囲を囲むように配置された遮光画素とを含む特定画素群を有し、特定画素群の受光画素及び遮光画素に対応する第１導電型領域は、有効画素領域に位置する有効画素に対応する第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度が低い受光素子と、（ｅ）特定画素群の受光画素及び遮光画素の出力信号に基づき、受光素子の有効画素領域に位置する有効画素の出力信号それぞれから他の有効画素から移動した電荷による影響を低減させる混色パラメータを生成する混色パラメータ生成部と、（ｆ）混色パラメータ生成部で生成した混色パラメータに応じて、有効画素の出力信号それぞれを補正する出力信号補正部と、を備えることを要旨とする。
第１の実施形態の撮像装置の概略的な構成を示す図である。 受光素子の平面構成を示す図である。 図２のＡ－Ａ線で破断した場合の、有効画素領域における受光素子の断面構成を示す図である。 図２のＢ領域を拡大した場合の、周辺画素領域の特定画素群の平面構成を示す図である。 図４のＣ－Ｃ線で破断した場合の受光画素及び遮光画素を示す図である。 図４のＤ－Ｄ線で破断した場合のＯＰＢ画素を示す図である。 混色パラメータと受光画素及び遮光画素とを重ねて示す図である。 第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度分布を示す図である。 デジタル信号処理部の内部構成を示す図である。 出力信号補正部による撮像画像信号の補正方法を示す図である。 出力信号補正部による撮像画像信号の補正方法を示す図である。 変形例に係る特定画素群の平面構成を示す図である。 変形例に係る特定画素群の平面構成を示す図である。 変形例に係る受光素子及び特定画素群の平面構成を示す図である。 変形例に係るデジタル信号処理部の内部構成を示す図である。 変形例に係る有効画素領域における受光素子の断面構成を示す図である。 変形例に係る有効画素領域における素子基板の断面構造を示す図である。 変形例に係る周辺画素領域における受光画素の断面構成を示す図である。 変形例に係る周辺画素領域における遮光画素の断面構成を示す図である。
　以下に、本開示の実施形態に係る受光素子及び光検出装置の一例を、図１～図１６を参照しながら説明する。本開示の実施形態は、以下の順序で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果は例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
１．第１の実施形態
　１－１　撮像装置の構成
　１－２　受光素子の構成
　１－３　周辺画素領域における受光素子の構成
　１－４　デジタル信号処理部の構成
　１－５　変形例
〈１．第１の実施形態〉
［１－１　撮像装置の構成］
　本開示の第１の実施形態に係る光検出装置の一例である撮像装置について説明する。
　図１は、第１の実施形態の撮像装置１００の概略的な構成を示す図である。
　図１に示すように、撮像装置１００（広義には「光検出装置」）は、カメラレンズ１０１と、受光素子１０２と、アナログ信号処理部１０３と、デジタル信号処理部１０４と、記憶部１０５とを備えている。例えば、可視領域（例えば、３８０～７８０ｎｍ）～短赤外領域（例えば７８０～２４００ｎｍ）の波長を検出する赤外線カメラに適用される。
　カメラレンズ１０１は、被写体からの入射光（像光）を受光素子１０２に導き、受光素子１０２の光入射面（図２に示した有効画素領域４）に結像させる。
　受光素子１０２は、カメラレンズ１０１によって有効画素領域４上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換する。変換した電気信号は、出力信号としてアナログ信号処理部１０３に供給される。受光素子１０２の詳しい構成については後述する。
　アナログ信号処理部１０３は、受光素子１０２から供給された出力信号にサンプルホールド、自動利得制御等の処理を行った後、Ａ／Ｄ(Analog-Digital)変換を行う。Ａ／Ｄ変換した有効画素領域４の出力信号は、撮像画像信号としてデジタル信号処理部１０４に供給される。また、周辺画素領域５の出力信号もデジタル信号処理部１０４に供給される。
　デジタル信号処理部１０４は、アナログ信号処理部１０３から供給されてきた撮像画像信号等に対してホワイトバランス処理やガンマ処理、色差信号処理等の信号処理を行う。例えば、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路を採用することができる。
　記憶部１０５は、デジタル信号処理部１０４で用いられる各種のパラメータ等を記憶する。記憶部１０５としては、例えば、フラッシュメモリ等を採用することができる。
　以下、受光素子１０２、デジタル信号処理部１０４の構成について説明する。
［１－２　受光素子の構成］
　次に、受光素子１０２の構成について説明する。
　図２は、受光素子１０２の平面構成を示す図である。また、図３は、図２のＡ－Ａ線で破断した場合の、有効画素領域４における受光素子１０２の断面構成を示す図である。図３の受光素子１０２は、二次元アレイ状に複数の画素２が配列された画素領域３を含み、例えば、可視領域～短赤外領域の波長を有する光に対する光電変換機能を有している。
　図２に示すように、画素領域３は、中央部に位置する有効画素領域４と、有効画素領域４よりも外側に位置し、有効画素領域４を囲む領域である周辺画素領域５とを有している。画素領域３の光入射面（図２では、紙面手前側の面）には、遮光膜６（図４参照）が形成されている。遮光膜６は、有効画素領域４と受光画素２Ｂが位置する領域とに開口を有している。遮光膜６の材料としては、例えば、チタン(Ti)、タングステン(W)、カーボン(C)、酸化クロム(Cr2O3)及びサマリウム(Sm)と銀(Ag)との合金、有機材料が挙げられる。
　有効画素領域４は、被写体が撮像される領域である。図３に示すように、有効画素領域４において、受光素子１０２は、素子基板７と読出回路基板８とが積層されて形成された積層構造を有している。ここで、素子基板７の一方の面は光入射面（以下、「裏面Ｓ１」とも呼ぶ）であり、他方の面は読出回路基板８との接合面（以下、「表面Ｓ２」とも呼ぶ）である。素子基板７は、読出回路基板８に近い位置から、配線層９、第１コンタクト層１０（広義には「コンタクト層」）、光電変換層１１及び第２コンタクト層１２をこの順に有している。第１コンタクト層１０、光電変換層１１及び第２コンタクト層１２は、半導体層１５を構成している。また、読出回路基板８は、いわゆるＲＯＩＣ(Readout integrated circui)であり、素子基板７の接合面（表面Ｓ２）に接するように配置されている。
　配線層９は、有効画素領域４の全体にわたって形成され、読出回路基板８との接合面（表面Ｓ２）を有している。配線層９は、層間絶縁膜１６中に電極１７を有している。層間絶縁膜１６は、例えば、無機絶縁材料で構成されている。例えば、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化ハフニウム(HfO2)が挙げられる。また、配線層９には、画素２毎（第１導電型領域１９Ａ毎）に開口Ｈが形成されている。
　また、電極１７は、配線層９の開口Ｈ内に埋設され、第１コンタクト層１０側の端部が第１コンタクト層１０の第１導電型領域１９Ａに接続されている。電極１７の材料としては、例えば、チタン(Ti)、タングステン(W)、窒化チタン(TiN)、白金(Pt)、金(Au)、ゲルマニウム(Ge)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)のうちの何れかの単体、又はこれらのうちの少なくとも１種を含む合金を採用できる。これにより、電極１７は、第１コンタクト層１０に位置する第１導電型領域１９Ａの根元部分を介して、光電変換層１１内に延在する第１導電型領域１９Ａの先端部分（つまり、光電変換層１１の第１導電型領域２０Ａ）と電気的に接続される。そして、光電変換層１１に対して、光電変換層１１で発生した電荷（例えば、正孔）を読み出すための電圧を印加する。
　また、電極１７の読出回路基板８側の端部には、電極１７の半径方向に張り出した庇状の接続層１８（金属パッド）が形成されている。接続層１８は、電極１７と読出回路基板８の読出電極２２とが電気的に接続されるように、読出回路基板８の接続層２３と接合される金属パッドである。接続層１８の材料としては、例えば、銅(Cu)を採用できる。
　第１コンタクト層１０は、半導体層１５の表面を構成する層であり、光電変換層１１の光入射面と反対側の面（以下、「表面Ｓ３」とも呼ぶ）側に配置されている。第１コンタクト層１０の材料としては、例えば、光電変換層１１よりもバンドギャップの大きな化合物半導体を採用できる。例えば、光電変換層１１がＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓから構成される場合、Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（バンドギャップ０．７４ｅＶ）よりもバンドギャップの大きな化合物半導体の一例としては、ＩｎＰ（バンドギャップ１．３４ｅＶ）が挙げられる。
　また、第１コンタクト層１０には、画素２それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域１９Ａが含まれている。即ち、第１導電型領域１９Ａは、第１コンタクト層１０において、互いに離散して複数形成されている。第１導電型領域１９Ａに含まれる第１導電型の不純物としては、例えば、ｐ型の不純物を採用できる。例えば、亜鉛(Zn)が挙げられる。第１導電型領域１９Ａは、第１コンタクト層１０の読出回路基板８側の面（以下、「表面Ｓ４」とも呼ぶ）側から光電変換層１１内部に達する深さまで延在しており、第１導電型領域１９Ａの先端部分が光電変換層１１の第１導電型領域２０Ａを構成している。
　また、第１コンタクト層１０には、第１導電型領域１９Ａ以外の領域である第２導電型領域１９Ｂが含まれている。即ち、第２導電型領域１９Ｂは、第１コンタクト層１０において第１導電型領域１９Ａに接するように、第１導電型領域１９Ａの周囲に形成されている。第２導電型領域１９Ｂに含まれる第２導電型の不純物としては、例えばｎ型の不純物を採用できる。これにより、第１コンタクト層１０は、第１導電型領域１９Ａと第２導電型領域１９Ｂとでｐｎ接合界面を形成し、隣り合う画素２同士を電気的に分離している。
　光電変換層１１は、複数の画素２に共通の層として形成されている。即ち、すべての画素２に対して１つの光電変換層１１が形成されている。光電変換層１１の材料としては、例えば、III-V族半導体等の化合物半導体を採用できる。例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）、ＩｎＡｌＮ（窒化インジウムアルミニウム）、ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）、ＩｎＳｂ（インジムアンチモン）、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）を採用できる。また、例えば、ＩｎＧａＡｓとしては、ＩｎｘＧａ（１－ｘ）Ａｓ（０＜ｘ≦１）が挙げられる。特に、赤外領域で感度を得るためには、ｘ≧０．４が望ましい。例えば、第２コンタクト層１２がＩｎＰから構成される場合、光電変換層１１の化合物半導体の組成の一例としては、例えば、ＩｎＰとの間で格子整合するＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓが挙げられる。なお、光電変換層１１の材料としては、無機半導体だけでなく、有機半導体も採用できる。
　光電変換層１１には、光電変換層１１の光入射面と反対の面（表面Ｓ３）側に画素２毎に形成された第１導電型領域２０Ａと、第１導電型領域２０Ａ以外の部分（以下、「第２導電型領域２０Ｂ」とも呼ぶ）とが含まれている。第１導電型領域２０Ａは、第１コンタクト層１０の第１導電型領域１９Ａの先端部分によって構成される。第１導電型領域２０Ａに含まれる第１導電型の不純物、及び第２導電型領域２０Ｂに含まれる第２導電型の不純物としては、例えば、第１導電型領域１９Ａ及び第２導電型領域１９Ｂと同じ不純物を採用できる。これにより、光電変換層１１は、ｐｎ接合によってフォトダイオードを形成し、可視領域～短赤外領域の波長を有する光を光電変換して電荷（正孔）を発生する。
　第２コンタクト層１２は、例えば、第２導電型の不純物を含むIII-V族半導体等の化合物半導体から構成される。例えば、ｎ型のＩｎＰが挙げられる。これにより、第２コンタクト層１２は、光電変換層１１で生じた電荷の逆流を防止するバリア層として機能する。
　読出回路基板８は、素子基板７の接合面（表面Ｓ２）に接合されている。読出回路基板８は、層間絶縁膜２１中に読出電極２２を有している。また、読出電極２２の素子基板７側の端部には、読出電極２２の半径方向に張り出した庇状の接続層２３（金属パッド）が形成されている。接続層２３の材料としては、例えば、銅(Cu)を採用できる。接続層２７は、素子基板７の接続層１８（金属パッド）とＣｕ－Ｃｕ接合され、素子基板７の電極１７と読出回路基板８の読出電極２２とを電気的に接続している。これにより、読出回路基板８は、光電変換層１１で生じた電荷（正孔）を画素２毎に読出可能となっている。
　なお、第１の実施形態では、素子基板７と読出回路基板８とをＣｕ－Ｃｕ接合する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、バンプ接合を用いてもよい。
［１－３　周辺画素領域における受光素子の構成］
　図４は、図２のＢ領域を拡大した場合の、周辺画素領域５の特定画素群２５の平面構成を示す図である。図５及び図６は、周辺画素領域５における受光素子１０２の断面構成を示す図であり、図５は図４のＣ－Ｃ線で破断した場合の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃを示す図であり、図６は図４のＤ－Ｄ線で破断した場合のＯＰＢ画素２Ｄを示す図である。
　周辺画素領域５は、有効画素領域４を囲む領域である。図５及び図６に示すように、周辺画素領域５において、受光素子１０２は、有効画素領域４と同様の各層（遮光膜６、配線層９、第１コンタクト層１０、光電変換層１１、第２コンタクト層１２）を有している。
　周辺画素領域５は、受光画素２Ｂと、受光画素２Ｂの周囲を囲むように配置された遮光画素２Ｃとを含んでいる。受光画素２Ｂは、光電変換層１１の表面Ｓ４側が遮光膜６で覆われていない画素である。また、遮光画素２Ｃは、第２コンタクト層１２の裏面Ｓ１側が遮光膜６で覆われている画素である。また、受光画素２Ｂとその受光画素２Ｂの周囲を囲む複数の遮光画素２Ｃとで特定画素群２５が構成されている。図４では、特定画素群２５が、１つの受光画素２Ｂと、１つの受光画素２Ｂの周囲を囲む複数の遮光画素２Ｃとによって構成された場合を例示している。より具体的には、図４では、特定画素群２５として、受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃが１１×１１の二次元アレイ状に配列されている。
　このように、受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃを含む特定画素群２５を有する構成により、受光画素２Ｂに光が入射されると、光電変換層１１の受光画素２Ｂを構成する部分が光を光電変換して電荷（正孔）を発生する。発生した電荷の殆どは、受光画素２Ｂの第１導電型領域１９Ａを介して読出回路基板８に読み出される。同時に、発生した電荷の一部は、光電変換層１１内を移動し、光電変換層１１の遮光画素２Ｃを構成する部分に侵入し、遮光画素２Ｃの第１導電型領域１９Ａを介して読出回路基板８に読み出される。それゆえ、遮光画素２Ｃの出力信号は、受光画素２Ｂで光電変換された電荷が遮光画素２Ｃへ移動するクロストークによって生じた電荷による信号（以下「混色成分」とも呼ぶ）となる。これにより、受光画素２Ｂと遮光画素２Ｃとによって、有効画素領域４において発生する、ある有効画素２Ａから周囲の有効画素２Ａへの電荷の広がりがシミュレートされる。
　そのため、デジタル信号処理部１０４等によって、特定画素群２５（受光画素２Ｂ、遮光画素２Ｃ）から読み出された出力信号に基づき、遮光画素２Ｃの出力信号それぞれを受光画素２Ｂの出力信号で除算した値を混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…（図７参照）として取得できる。混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…は、中央の受光画素２Ｂから周囲の遮光画素２Ｃに電荷がどの程度広がるかを表すパラメータである。また、受光素子１０２の有効画素領域４に位置する画素２（以下、「有効画素２Ａ」とも呼ぶ）の出力信号それぞれから他の有効画素２Ａから移動した電荷による影響を低減させるパラメータでもある。図７では、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…と受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃとの関係が明確となるように、これらを重ねて表示した場合を例示している。また、図７に示した配列で混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…が配置された行列を「混色行列Ｃ」と呼ぶ。
　ここで、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体は、暗電流が発生しやすく、また暗電流の大きさが大きくなりやすい。それゆえ、光電変換層１１を化合物半導体で形成した場合、遮光画素２Ｃの出力信号に含まれるノイズが増大しやすい。そのため、遮光画素２Ｃの出力信号に含まれる混色成分を測定する場合、混色成分の測定精度が低下する可能性があった。
　これに対し、第１の実施形態では、特定画素群２５の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃに対応する第１導電型領域１９Ａは、有効画素領域４に位置する有効画素２Ａに対応する第１導電型領域１９Ａよりも、第１導電型の不純物の濃度を低くした。それゆえ、特定画素群２５（受光画素２Ｂ、遮光画素２Ｃ）の第１導電型の不純物の濃度が低いため、ｐｎ接合強度を弱くすることができ、受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃの暗電流を抑制できる。そのため、遮光画素２Ｃの出力信号が含むノイズを低減でき、遮光画素２Ｃの出力信号に含まれる混色成分の測定精度を向上できる。その際、有効画素領域４の第１導電型の不純物の濃度が高いままのため、ｐｎ接合強度を強くすることができ、有効画素２Ａの飽和電荷量が低下せずに済み、受光素子１０２から得られる撮像画像の画質の低下を抑制できる。
　また、第１の実施形態では、図５及び図８に示すように、第１導電型領域１９Ａと電極１７との界面Ｓ４から光電変換層１１の光入射面側へ延伸させた直線Ｌ上における、第１導電型領域１９Ａの第１導電型の不純物の濃度分布２６は、界面Ｓ４から直線Ｌの延伸方向の所定深さまでは平坦領域を有する構成とした。そのため、上記した第１導電型の不純物の濃度についての条件は、例えば、特定画素群２５の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃに対応する第１導電型領域１９Ａについての濃度分布２６の平坦領域の平均濃度Ｘが、有効画素領域４に位置する有効画素２Ａに対応する第１導電型領域１９Ａについての濃度分布２６の平坦領域の平均濃度Ｙよりも低くなっている（Ｘ＜Ｙ）、と言い換えることもできる。平坦領域としては、例えば、界面Ｓ４から５０ｎｍまでの範囲を採用できる。
　また、図４及び図５に示すように、周辺画素領域５は、受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃとは別の画素であるＯＰＢ(Optical Black)画素２Ｄを有している。ＯＰＢ画素２Ｄは、第２コンタクト層１２の裏面Ｓ１側が遮光膜６で覆われている画素であり、光学的黒レベルの基準信号を得るための画素である。また、ＯＰＢ画素２Ｄに対応する第１導電型領域１９Ａの第１導電型の不純物の濃度は、有効画素領域４の第１導電型領域１９Ａの第１導電型の不純物の濃度と同じとなっている。即ち、ＯＰＢ画素２Ｄに対応する第１導電型領域１９Ａについての濃度分布２６（図８参照）の平坦領域の平均濃度Ｚが、有効画素領域４に位置する有効画素２Ａに対応する第１導電型領域１９Ａについての濃度分布２６の平坦領域の平均濃度Ｙと同一となっている（Ｚ＝Ｙ）。これにより、ＯＰＢ画素２Ｄの暗電流と有効画素２Ａの暗電流との差を低減することができ、有効画素２Ａの出力信号の黒レベルをより適切に補正することができ、より画質の高い画像を得ることができる。
［１－４　デジタル信号処理部の構成］
　図９は、デジタル信号処理部１０４の内部構成を示す図である。
　図１及び図９に示すように、デジタル信号処理部１０４は、混色パラメータ生成部２８と、出力信号補正部２９とを備えている。
　混色パラメータ生成部２８は、特定画素群２５の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃの出力信号に基づき、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…（図７参照）を生成する。混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…の生成方法としては、例えば、遮光画素２Ｃの出力信号それぞれを受光画素２Ｂの出力信号で除算した値を混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…とする方法を採用できる。即ち、受光画素２Ｂの出力信号の大きさに対する遮光画素２Ｃの出力信号の大きさの比率を混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…として算出する。これにより、混色パラメータ生成部２８は、被写体の撮影時にその時々の混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…をリアルタイムで生成でき、出力信号補正部２９に対して、生成した混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を用いて有効画素２Ａの出力信号の補正を行わせることができる。
　出力信号補正部２９は、受光素子１０２の有効画素領域４に位置する有効画素２Ａの出力信号（撮像画像信号）それぞれから、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…に応じて、有効画素２Ａの出力信号それぞれを補正する。補正方法としては、例えば、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…から混色行列Ｃを生成し、図１０に示すように、生成した混色行列Ｃを用いて、有効画素領域４の出力信号に基づく撮像画像信号（アナログ信号処理部１０３の出力）に逆畳み込み演算をすることで、混色成分を除去した撮像画像信号を得る方法を採用できる。また、例えば、図１１に示すように、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…と、有効画素領域４の出力信号に基づく撮像画像信号（アナログ信号処理部１０３の出力）とを、混色成分を除去した撮像画像信号を出力するニューラルネットワーク（例えば、ＣＮＮ：Convolutional Neural Network）に入力することで、混色成分を除去した撮像画像信号を得る方法を採用できる。なお、撮像画像信号の補正方法は、これらの方法に限定されるものではなく、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を用いる方法であればよい。
　このように、第１の実施形態では、混色パラメータ生成部２８が、特定画素群２５の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃの出力信号に基づき、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を生成するようにした。また、出力信号補正部２９が、受光素子１０２の有効画素領域４に位置する有効画素２Ａの出力信号それぞれから混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…に応じて、有効画素２Ａの出力信号それぞれを補正するようにした。それゆえ、有効画素２Ａそれぞれについて、他の有効画素２Ａからの電荷の移動（クロストーク）によって生じた混色成分を低減でき、撮像画像の画質がクロストークによって低下することを抑制できる。
［１－５　変形例］
（１）また、第１の実施形態では、混色パラメータ生成部２８が、特定画素群２５の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃすべてを用いて混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を生成する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、使用環境に応じて、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…の生成に用いる遮光画素２Ｃの範囲を設定する構成としてもよい。使用環境としては、例えば、受光素子１０２の温度、光電変換層１１への印加電圧を採用できる。一例としては、図１２に示すように、受光素子１０２の温度が予め定めた所定閾値以上である場合には、所定閾値未満である場合に比べ、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…の生成に用いる遮光画素２Ｃの範囲を広くする。混色パラメータの生成に用いる遮光画素２Ｃの範囲を変更する方法としては、例えば、範囲を広くする場合には、特定画素群２５を構成する遮光画素２Ｃすべてを用い、範囲を狭くする場合には、受光画素２Ｂの近くの遮光画素２Ｃ（図１２では、領域３０内の遮光画素２Ｃ）のみを用いる方法を採用できる。また、他の一例としては、光電変換層１１への印加電圧が予め定めた所定閾値以下である場合には、所定閾値より大きい場合に比べ、混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…の生成に用いる遮光画素２Ｃの範囲を広くする。これらにより、電荷の移動範囲が広くなる使用環境（高温、低電圧）において、より適切な混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を生成することができ、撮像画像の画質をより適切に向上することができる。　
（２）また、第１の実施形態では、特定画素群２５が、１つの受光画素２Ｂと、その１つの受光画素２Ｂの周囲を囲む複数の遮光画素２Ｃとを含む例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１３に示すように、二次元アレイ状に配列された２つ以上の受光画素２Ｂと、その２つ以上の受光画素２Ｂの周囲を囲む複数の遮光画素２Ｃとを含む構成としてもよい。これにより、受光画素２Ｂによって発生される電荷（例えば、正孔）の総量を増大でき、入射光の光量が多い有効画素２Ａから周囲の有効画素２Ａへの電荷の広がりをシミュレートでき、入射光の光量が多い有効画素２Ａの出力信号を補正するための混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を得ることができる。それゆえ、入射光の光量が多い有効画素２Ａの出力信号を、より適切に補正することができる。
（３）また、第１の実施形態では、周辺画素領域５が、特定画素群２５を１つだけ有している例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１４に示すように、周辺画素領域５が、複数の特定画素群２５を有する構成としてもよい。この場合、特定画素群２５に含まれる受光画素２Ｂが占める面積のパターンを２種類以上としてもよい。図１４では、周辺画素領域５に１０個の特定画素群２５を有し、受光画素２Ｂが占める面積のパターンに大中小の３種類のパターンが混在している場合を例示している。
　これにより、例えば、受光画素２Ｂが占める面積が大きい特定画素群２５（以下、「特定画素群２５Ａ」とも呼ぶ）では、受光画素２Ｂによって発生される電荷の総量を増大でき、入射光の光量が多い有効画素２Ａから周囲の有効画素２Ａへの電荷の広がりをシミュレートでき、入射光の光量が多い有効画素２Ａの出力信号を補正するための混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を得ることができる。また、例えば、受光画素２Ｂが占める面積が小さい特定画素群２５（以下、「特定画素群２５Ｂ」とも呼ぶ）では、受光画素２Ｂによって発生される電荷の総量を低減でき、入射光の光量が少ない有効画素２Ａから周囲の有効画素２Ａへの電荷の広がりをシミュレートでき、入射光の光量が少ない有効画素２Ａの出力信号を補正するための混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を得ることができる。また、例えば、受光画素２Ｂが占める面積が特定画素群２５Ａ、２５Ｂの中間の特定画素群２５（以下「特定画素群２５Ｃ」とも呼ぶ）では、入射光の光量が中程度の有効画素２Ａの出力信号を補正するための混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を得ることができる。
　またこの場合、混色パラメータ生成部２８は、特定画素群２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ毎に混色パラメータＡ1＝［ａ00、ａ01、ａ02…］、Ａ2＝［ａ00、ａ01、ａ02…］、Ａ3＝［ａ00、ａ01、ａ02…］…を生成する。さらに、出力信号補正部２９は、補正対象となる出力信号毎に、混色パラメータ生成部２８で生成された複数の混色パラメータＡ1、Ａ2、Ａ３…のうちから、補正対象となる出力信号の大きさに応じて、その出力信号の補正に用いる混色パラメータＡi（ｉは１以上の数）を選択する。一例としては、補正対象となる出力信号毎に、複数の混色パラメータＡ1、Ａ2、Ａ３…のうちから、混色パラメータの生成に用いた特定画素群２５の受光画素２Ｂの出力信号の合計値が、補正対象となる出力信号の値と最も近い混色パラメータＡiを選択する。これにより、入射光の光量が多い有効画素２Ａの出力信号、入射光の光量が少ない有効画素２Ａの出力信号、及び入射光の光量が中程度の有効画素２Ａの出力信号のそれぞれを、より適切に補正することができる。
（４）また、第１の実施形態では、混色パラメータ生成部２８が、被写体の撮影時に混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…をリアルタイムで生成する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１５に示すように、撮影時よりも前に、混色パラメータ生成部２８で混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を生成する構成としてもよい。この場合、混色パラメータ生成部２８で生成した混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を記憶部１０５に記憶させておく。また、出力信号補正部２９が、記憶部１０５が記憶している混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を用いて、有効画素２Ａの出力信号それぞれを補正する。
　一例としては、複数の使用環境（受光素子１０２の温度、受光画素２Ｂへの入射光の光量）それぞれにおいて、受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃから出力される出力信号に基づき、複数の混色パラメータＡ1＝［ａ00、ａ01、ａ02…］、Ａ2＝［ａ00、ａ01、ａ02…］、Ａ3＝［ａ00、ａ01、ａ02…］…を生成する。また、温度及び光量の組合せ毎に、混色パラメータ生成部２８で生成した複数の混色パラメータａ00、ａ01、ａ02…を記憶部１０５に記憶させる。さらに、出力信号補正部２９が、補正対象となる出力信号毎に、記憶部１０５に記憶されている複数の混色パラメータＡ1、Ａ2、Ａ３…のうちから、撮像時の受光素子１０２の温度、及び補正対象の有効画素２Ａへの入射光の光量の組合せに最も近い混色パラメータＡiを選択する。そして、選択した混色パラメータＡiを用いて、有効画素２Ａの出力信号それぞれを補正する。これにより、使用環境に応じて、より適切な混色パラメータＡiを選択することができ、撮像画像の画質をより適切に向上することができる。
（５）また、第１の実施形態では、有効画素領域４において、第２コンタクト層１２の裏面Ｓ１に何も積層されていない例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１６に示すように、第２コンタクト層１２の裏面Ｓ１にカラーフィルタ１３及びマイクロレンズ１４の何れか一方又は両方が積層された構成としてもよい。図１６は、カラーフィルタ１３及びマイクロレンズ１４の両方がこの順に積層された場合を例示している。
　カラーフィルタ１３は、平面視で、複数の画素２それぞれと重なる位置に配置されている。即ち、１つの画素２に対して１つのカラーフィルタ１３が形成されている。カラーフィルタ１３としては、例えば、赤色フィルタ１３Ｒ、緑色フィルタ１３Ｇ、青色フィルタ１３Ｂ、ＩＲフィルタ１３Ｉを採用できる。そして、カラーフィルタ１３それぞれは、所定波長の光を透過し、透過した光を光電変換層１１内に入射させる。これにより、所定波長以外の光の光電変換層１１内への入射を抑制でき、光学的な混色を抑制できる。
　マイクロレンズ１４は、平面視で、複数の画素２それぞれと重なる位置に配置されている。即ち、１つの画素２に対して１つのマイクロレンズ１４が形成されている。そして、マイクロレンズ１４それぞれは、被写体からの入射光（像光）を集光し、集光した入射光を、光電変換層１１内の各部（マイクロレンズ１４と重なる部分）に入射させる。これにより、ある画素２のマイクロレンズ１４に入射した光が、隣接する他の画素２に対応する光電変換層１１の部分に進入することを抑制でき、光学的な混色を抑制できる。
（６）また、素子基板７の構成は、図３に示した構成に限定されず、例えば、図１７、図１８及び図１９に示した構成を採用することもできる。図１７は、有効画素領域４における素子基板７の断面構造を示す図である。また、図１８は、周辺画素領域５における受光画素２Ｂの断面構成を示す図である。また、図１９は、周辺画素領域５における遮光画素２Ｃの断面構成を示す図である。有効画素領域４では、図１７に示すように、素子基板７は、光電変換層１１と、光電変換層１１の光入射面側に配置された上部電極３１と、光電変換層１１の表面Ｓ３側に配置された第１絶縁膜３２と、第１絶縁膜３２の読出回路基板８側の面に配置された第２絶縁膜３３と、第２絶縁膜３３内に互いに離隔して配置された蓄積電極３４、下部電極３５及びシールド電極３６とを有している。また、光電変換層１１は、Ｎ＋層１１ａと、Ｐ層又はNon-doped層（以下「ｉ層」とも呼ぶ）１１ｂとを有している。ここで、Ｎ＋層１１ａは、上部電極３１に接する側に配置され、Ｐ層又はｉ層１１ｂは、第１絶縁膜３２に接する側に配置されている。また、第１絶縁膜３２は、光電変換層１１で光電変換された電荷（例えば正孔）を蓄積して転送することが可能なポテンシャルを有している。
　また、光電変換層１１には、下部電極３５を覆う不純物イオン拡散領域３７（第１拡散領域３７ａ）と、シールド電極３６を覆う不純物イオン拡散領域３７（第２拡散領域３７ｂ）とが形成されている。第１拡散領域３７ａ及び第２拡散領域３７ｂのそれぞれは、Ｎ＋の不純物イオンが拡散された領域である。このような構成により、図１７に示した素子基板７によれば、光電変換層１１で光電変換された正孔が第１拡散領域３７ａ又は第２拡散領域３７ｂに流れ込むと、第１拡散領域３７ａ又は第２拡散領域３７ｂ内で電子と再結合する。それゆえ、第１拡散領域３７ａから下部電極３５への正孔の流れ込みを防止することができる。
　また、周辺画素領域５では、素子基板７は、有効画素領域４と同様の各層に加え、図４に示すように、開口を有する遮光膜６を最表層に有することで、受光画素２Ｂ、遮光画素２Ｃ及び特定画素群２５を形成している。また、図１８及び図１９に示すように、特定画素群２５の受光画素２Ｂ及び遮光画素２Ｃに対応する不純物イオン拡散領域３７（第１拡散領域３７ａ、第２拡散領域３７ｂ）は、有効画素領域４に位置する有効画素２Ａに対応する不純物イオン拡散領域３７よりも、Ｎ型の不純物の濃度が低くなっている。ここで、不純物イオン拡散領域３７とＰ層又はｉ層１１ｂとが「コンタクト層」に対応し、不純物イオン拡散領域３７が「第１導電型領域」に対応し、Ｐ層又はｉ層１１ｂが「第２導電型領域」に対応し、Ｎ型が「第１導電型」に対応し、Ｐ型が「第２導電型」に対応している。
（７）また、本技術は、上述した撮像装置１００の他、ＴｏＦ（Time of Flight）センサとも呼ばれる距離を測定する測距センサ等も含む光検出装置全般に適用することができる。測距センサは、物体に向かって照射光を発光し、その照射光が物体の表面で反射され返ってくる反射光を検出し、照射光が発光されてから反射光が受光されるまでの飛行時間に基づいて物体までの距離を算出するセンサである。
　なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
　化合物半導体を含む共通の光電変換層を有する複数の画素と、
　前記光電変換層の光入射面と反対側の面側に配置されたコンタクト層と、を備え、
　前記コンタクト層は、複数の前記画素それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域と、前記第１導電型領域以外の領域である第２導電型領域とを含み、
　前記画素が配列された画素領域のうちの、有効画素領域よりも外側に位置する周辺画素領域は、受光画素と、前記受光画素の周囲を囲むように配置された遮光画素とを含む特定画素群を有し、前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素に対応する前記第１導電型領域は、前記有効画素領域に位置する有効画素に対応する前記第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度が低い
　受光素子。
（２）
　前記コンタクト層の前記光電変換層側の面と反対側の面側に配置された配線層を備え、
　前記配線層は、前記第１導電型領域に電気的に接続された電極を有しており、
　前記第１導電型領域と前記電極との界面から前記光電変換層の光入射面側へ延伸させた直線上における、前記第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度分布は、前記界面から前記直線の延伸方向の所定深さまでは平坦領域を有しており、前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素に対応する前記第１導電型領域についての前記濃度分布の前記平坦領域の平均濃度が、前記有効画素領域に位置する前記有効画素に対応する前記第１導電型領域についての前記濃度分布の前記平坦領域の平均濃度よりも低い
　前記（１）に記載の受光素子。
（３）
　前記特定画素群は、１つの前記受光画素と該１つの前記受光画素の周囲を囲む複数の前記遮光画素とを含んで構成される、又は二次元アレイ状に配列された２つ以上の前記受光画素と該２つ以上の前記受光画素の周囲を囲む複数の前記遮光画素とを含んで構成される
　前記（１）又は（２）に記載の受光素子。
（４）
　前記周辺画素領域は、複数の前記特定画素群を有し、前記特定画素群に含まれる前記受光画素が占める面積のパターンが２種類以上である
　前記（３）に記載の受光素子。
（５）
　前記周辺画素領域は、前記受光画素及び前記遮光画素とは別の前記画素である、光学的黒レベルの基準信号を得るためのＯＰＢ画素を有し、前記ＯＰＢ画素に対応する前記第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度が、前記有効画素に対応する前記第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度と同じである
　前記（１）から（３）の何れかに記載の受光素子。
（６）
　前記化合物半導体は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ及びＨｇＣｄＴｅの何れかを含む
　前記（１）から（５）の何れかに記載の受光素子。
（７）
　化合物半導体を含む共通の光電変換層を有する複数の画素、及び前記光電変換層の光入射面と反対側の面側に配置されたコンタクト層を備え、前記コンタクト層は、複数の前記画素それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域と、前記第１導電型領域以外の領域である第２導電型領域とを含み、前記画素が配列された画素領域のうちの、有効画素領域よりも外側に位置する周辺画素領域は、受光画素と、前記受光画素の周囲を囲むように配置された遮光画素とを含む特定画素群を有し、前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素に対応する前記第１導電型領域は、前記有効画素領域に位置する有効画素に対応する前記第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度が低い受光素子と、
　前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素の出力信号に基づき、前記受光素子の前記有効画素領域に位置する前記有効画素の出力信号それぞれから他の前記有効画素から移動した電荷による影響を低減させる混色パラメータを生成する混色パラメータ生成部と、
　前記混色パラメータ生成部で生成した前記混色パラメータに応じて、前記有効画素の出力信号それぞれを補正する出力信号補正部と、を備える
　光検出装置。
（８）
　前記混色パラメータ生成部は、使用環境に応じて、前記混色パラメータの生成に用いる前記遮光画素の範囲を設定する
　前記（７）に記載の光検出装置。
（９）
　前記混色パラメータ生成部は、前記受光素子の温度が予め定めた所定閾値以上である場合には、該所定閾値未満である場合に比べ、前記混色パラメータの生成に用いる前記遮光画素の範囲を広くする
　前記（８）に記載の光検出装置。
（１０）
　前記混色パラメータ生成部は、前記光電変換層への印加電圧が予め定めた所定閾値以下である場合には、該所定閾値より大きい場合に比べ、前記混色パラメータの生成に用いる前記遮光画素の範囲を広くする
　前記（８）又は（９）に記載の光検出装置。
（１１）
　前記周辺画素領域は、複数の前記特定画素群を有し、前記特定画素群に含まれる前記受光画素が占める面積のパターンが２種類以上であり、
　前記混色パラメータ生成部は、前記特定画素群毎に前記混色パラメータを生成し、
　前記出力信号補正部は、補正対象となる出力信号毎に、前記混色パラメータ生成部で生成された複数の前記混色パラメータのうちから、該出力信号の大きさに応じて、該出力信号の補正に用いる前記混色パラメータを選択する
　前記（７）に記載の光検出装置。
（１２）
　前記混色パラメータ生成部は、前記受光画素の出力信号の大きさに対する前記遮光画素の出力信号の大きさの比率を前記混色パラメータとして算出する
　前記（７）から（１１）の何れかに記載の光検出装置。
（１３）
　前記混色パラメータ生成部で生成した前記混色パラメータを記憶する記憶部を備え、
　前記出力信号補正部は、前記記憶部が記憶している前記混色パラメータを用いて、前記有効画素の出力信号それぞれを補正する
　前記（７）から（１２）の何れかに記載の光検出装置。
　２…画素、２Ａ…有効画素、２Ｂ…受光画素、２Ｃ…遮光画素、２Ｄ…ＯＰＢ画素、３…画素領域、４…有効画素領域、５…周辺画素領域、６…遮光膜、７…素子基板、８…読出回路基板、９…配線層、１０…第１コンタクト層、１１…光電変換層、１２…第２コンタクト層、１５…半導体層、１６…層間絶縁膜、１７…電極、１８…接続層、１９Ａ…第１導電型領域、１９Ｂ…第２導電型領域、２０Ａ…第１導電型領域、２０Ｂ…第２導電型領域、２１…層間絶縁膜、２２…読出電極、２３…接続層、２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ…特定画素群、２６…濃度分布、２７…接続層、２８…混色パラメータ生成部、２９…出力信号補正部、３０…領域、３１…上部電極、３２…第１絶縁膜、３３…第２絶縁膜、３４…蓄積電極、３５…下部電極、３６…シールド電極、３７…不純物イオン拡散領域、３７ａ…第１拡散領域、３７ｂ…第２拡散領域、１００…撮像装置、１０１…カメラレンズ、１０２…受光素子、１０３…アナログ信号処理部、１０４…デジタル信号処理部、１０５…記憶部

Claims (13)

  1. 　化合物半導体を含む共通の光電変換層を有する複数の画素と、
    　前記光電変換層の光入射面と反対側の面側に配置されたコンタクト層と、を備え、
    　前記コンタクト層は、複数の前記画素それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域と、前記第１導電型領域以外の領域である第２導電型領域とを含み、
    　前記画素が配列された画素領域のうちの、有効画素領域よりも外側に位置する周辺画素領域は、受光画素と、前記受光画素の周囲を囲むように配置された遮光画素とを含む特定画素群を有し、前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素に対応する前記第１導電型領域は、前記有効画素領域に位置する有効画素に対応する前記第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度が低い
    　受光素子。
  2. 　前記コンタクト層の前記光電変換層側の面と反対側の面側に配置された配線層を備え、
    　前記配線層は、前記第１導電型領域に電気的に接続された電極を有しており、
    　前記第１導電型領域と前記電極との界面から前記光電変換層の光入射面側へ延伸させた直線上における、前記第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度分布は、前記界面から前記直線の延伸方向の所定深さまでは平坦領域を有しており、前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素に対応する前記第１導電型領域についての前記濃度分布の前記平坦領域の平均濃度が、前記有効画素領域に位置する前記有効画素に対応する前記第１導電型領域についての前記濃度分布の前記平坦領域の平均濃度よりも低い
    　請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記特定画素群は、１つの前記受光画素と該１つの前記受光画素の周囲を囲む複数の前記遮光画素とを含んで構成される、又は二次元アレイ状に配列された２つ以上の前記受光画素と該２つ以上の前記受光画素の周囲を囲む複数の前記遮光画素とを含んで構成される
    　請求項１に記載の受光素子。
  4. 　前記周辺画素領域は、複数の前記特定画素群を有し、前記特定画素群に含まれる前記受光画素が占める面積のパターンが２種類以上である
    　請求項３に記載の受光素子。
  5. 　前記周辺画素領域は、前記受光画素及び前記遮光画素とは別の前記画素である、光学的黒レベルの基準信号を得るためのＯＰＢ画素を有し、前記ＯＰＢ画素に対応する前記第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度が、前記有効画素に対応する前記第１導電型領域の第１導電型の不純物の濃度と同じである
    　請求項１に記載の受光素子。
  6. 　前記化合物半導体は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ及びＨｇＣｄＴｅの何れかを含む
    　請求項１に記載の受光素子。
  7. 　化合物半導体を含む共通の光電変換層を有する複数の画素、及び前記光電変換層の光入射面と反対側の面側に配置されたコンタクト層を備え、前記コンタクト層は、複数の前記画素それぞれに対応して形成された複数の第１導電型領域と、前記第１導電型領域以外の領域である第２導電型領域とを含み、前記画素が配列された画素領域のうちの、有効画素領域よりも外側に位置する周辺画素領域は、受光画素と、前記受光画素の周囲を囲むように配置された遮光画素とを含む特定画素群を有し、前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素に対応する前記第１導電型領域は、前記有効画素領域に位置する有効画素に対応する前記第１導電型領域よりも、第１導電型の不純物の濃度が低い受光素子と、
    　前記特定画素群の前記受光画素及び前記遮光画素の出力信号に基づき、前記受光素子の前記有効画素領域に位置する前記有効画素の出力信号それぞれから他の前記有効画素から移動した電荷による影響を低減させる混色パラメータを生成する混色パラメータ生成部と、
    　前記混色パラメータ生成部で生成した前記混色パラメータに応じて、前記有効画素の出力信号それぞれを補正する出力信号補正部と、を備える
    　光検出装置。
  8. 　前記混色パラメータ生成部は、使用環境に応じて、前記混色パラメータの生成に用いる前記遮光画素の範囲を設定する
    　請求項７に記載の光検出装置。
  9. 　前記混色パラメータ生成部は、前記受光素子の温度が予め定めた所定閾値以上である場合には、該所定閾値未満である場合に比べ、前記混色パラメータの生成に用いる前記遮光画素の範囲を広くする
    　請求項８に記載の光検出装置。
  10. 　前記混色パラメータ生成部は、前記光電変換層への印加電圧が予め定めた所定閾値以下である場合には、該所定閾値より大きい場合に比べ、前記混色パラメータの生成に用いる前記遮光画素の範囲を広くする
    　請求項８に記載の光検出装置。
  11. 　前記周辺画素領域は、複数の前記特定画素群を有し、前記特定画素群に含まれる前記受光画素が占める面積のパターンが２種類以上であり、
    　前記混色パラメータ生成部は、前記特定画素群毎に前記混色パラメータを生成し、
    　前記出力信号補正部は、補正対象となる出力信号毎に、前記混色パラメータ生成部で生成された複数の前記混色パラメータのうちから、該出力信号の大きさに応じて、該出力信号の補正に用いる前記混色パラメータを選択する
    　請求項７に記載の光検出装置。
  12. 　前記混色パラメータ生成部は、前記受光画素の出力信号の大きさに対する前記遮光画素の出力信号の大きさの比率を前記混色パラメータとして算出する
    　請求項７に記載の光検出装置。
  13. 　前記混色パラメータ生成部で生成した前記混色パラメータを記憶する記憶部を備え、
    　前記出力信号補正部は、前記記憶部が記憶している前記混色パラメータを用いて、前記有効画素の出力信号それぞれを補正する
    　請求項７に記載の光検出装置。
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